DE4332099A1

DE4332099A1 - Device for controlling the air-fuel ratio in an idling internal combustion engine

Info

Publication number: DE4332099A1
Application number: DE19934332099
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schulte
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1993-09-22
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1995-03-23
Anticipated expiration: 2013-09-23
Also published as: DE4332099C2

Abstract

In a device for controlling the air-fuel ratio in an idling internal combustion engine with a control module which is connected to an idling detection sensor, to an internal combustion engine speed sensor, to an air feed regulator and to a fuel injection valve and which determines the fuel injection quantity as a function of the air ratio, the control module adjusts the internal combustion engine speed both through the fuel injection quantity and through the opening of the air feed regulator, to a set idling speed and at the same time controls the opening of the air feed regulator in such a way that the air ratio assumes a value greater than one.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Rege lung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Leerlauf einer Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät nach dem Oberbe griff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for rain air / fuel ratio at idle Internal combustion engine with a control unit according to the Oberbe handle of claim 1.

Grundlage der Erfindung sind insbesondere zwei brenn kraftmaschinenbezogene Themen, die Gemischaufbereitung und der Leerlauf. Eine Brennkraftmaschine, insbesondere ein Ottomotor, benötigt zum Betrieb ein bestimmtes Luft- Kraftstoff-Verhältnis. Das theoretisch notwendige Luft- Kraftstoff-Verhältnis beträgt erfahrungsgemäß ca. 15 : 1 und wird auch als stöchiometrisches Verhältnis bezeich net. Der jeweilige Betriebszustand des Motors erfordert eine Gemischkorrektur. Die Kennzeichnung für das Maß der Abweichung des tatsächlich vorhandenen Luft-Kraftstoff- Verhältnisses vom theoretisch notwendigen (stöchiometri schen) Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist das Luftverhältnis bzw. die Luftzahl (Lambda). Die Luftzahl (Lambda) ist das Verhältnis der zugeführten Luftmenge zum für die Einhal tung des stöchiometrischen Verhältnisses notwendigen theoretischen Luftbedarf. Die zugeführte Luftmenge wird z. B. durch einen Luftmengenmesser erfaßt. Der theoreti sche Luftbedarf wird z. B. aus verschiedenen Betriebs größen berechnet. Es ist jedoch auch möglich, die Luft zahl (Lambda) durch einen sog. Lambda-Sensor im Kata lysator zu messen.The basis of the invention are in particular two focal engine-related topics, mixture preparation and the idle. An internal combustion engine, in particular a gasoline engine, requires a certain air Fuel ratio. The theoretically necessary air Experience has shown that the fuel ratio is approximately 15: 1 and is also called the stoichiometric ratio net. The respective operating state of the engine requires a mixture correction. The label for the measure of Deviation of the actual air-fuel Ratio of the theoretically necessary (stoichiometric The air-fuel ratio is the air ratio or the air ratio (lambda). The air ratio (lambda) is that Ratio of the amount of air supplied to the for the Einhal stoichiometric ratio necessary theoretical air requirement. The amount of air supplied will e.g. B. detected by an air flow meter. The theori cal air requirement is z. B. from different operating sizes calculated. However, it is also possible to use the air number (lambda) by a so-called lambda sensor in the kata measure lysator.

Nimmt die Luftzahl den Wert 1 an, entspricht die zuge führte Luftmenge dem theoretischen Luftbedarf. Nimmt die Luftzahl einen Wert kleiner als 1 an, liegt Luftmangel bzw. Kraftstoffüberschuß (fettes Gemisches) vor. Fettes Gemisch erhöht den Kraftstoffverbrauch aber gleichzeitig auch die Leistung der Brennkraftmaschine. Nimmt die Luft zahl einen Wert größer als 1 an, liegt Luftüberschuß bzw. Kraftstoffmangel (mageres Gemisch) vor. In diesem Fall stellt sich eine verringerte Leistung der Brennkraftma schine jedoch auch ein verringerter Kraftstoffverbrauch ein. Üblicherweise wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis derart geregelt, daß sich eine Luftzahl um den Wert 1 einstellt.If the air ratio assumes the value 1, this corresponds to air volume led to the theoretical air requirement. Take that If the air ratio is less than 1, there is a lack of air or excess fuel (rich mixture). Fat Mixture increases fuel consumption at the same time also the performance of the internal combustion engine. Takes the air If a number is greater than 1, there is excess air or Lack of fuel (lean mixture). In this case there is a reduced power of the internal combustion engine however, also seems to reduce fuel consumption a. Usually the air-fuel ratio regulated in such a way that an air ratio around the value 1 sets.

Bisher wurde für den Betriebszustand Leerlauf üblicher weise eine kraftstoffreichere Gemischzusammensetzung, d. h. eine Luftzahl mit dem Wert kleiner als 1, eingestellt, da im Leerlauf verbunden mit einer möglichst geringen Leerlaufdrehzahl häufig Laufunruhen durch Verbrennungs aussetzer aufgetreten sind. Ein fettes Gemisch oder auch eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl führt jedoch zu unnö tigem Kraftstoffverbrauch.So far, idle mode has become more common as a more fuel-rich mixture composition, d. H. an air ratio with the value less than 1, since connected with the lowest possible idle Idling speed often causes unrest due to combustion dropouts have occurred. A fat mixture or too however, increasing the idle speed leads to unnecessary fuel consumption.

Aus der DE 38 29 041 A1 ist beispielsweise eine Regelung für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Leerlauf einer Brennkraftmaschine bekannt, bei der sowohl zum Einhalten einer konstanten Leerlaufdrehzahl als auch zum Einhalten des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses die Kraftstoff-Einspritzmenge in Abhängigkeit von der Luft zahl bestimmt wird. Bei dieser bekannten Regelung wird entweder das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis eingehalten oder bei bestimmten Zuständen die Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses ausgeschaltet. Auch bei dieser Regelung besteht die Gefahr eines unnötig hohen Kraftstoffverbrauchs.DE 38 29 041 A1, for example, is a regulation for the air-fuel ratio at idle one Internal combustion engine known to both comply a constant idle speed as well as to maintain of the stoichiometric air-fuel ratio Fuel injection quantity depending on the air number is determined. In this known scheme either the stoichiometric air-fuel ratio complied with or, in certain conditions, the regulation of the air-fuel ratio switched off. Also at There is a risk of unnecessarily high levels of this regulation Fuel consumption.

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Gegenstand der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß insbesondere im Leerlauf der Kraftstoffverbrauch minimiert wird.It is an object of the invention, the subject matter of the introduction to improve the type mentioned so that in particular Idle fuel consumption is minimized.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird im Leerlauf erreicht, daß eine konstante Leerlaufdrehzahl mit magerem Gemisch, d. h. mit Luftüber schuß, konstant gehalten wird. Neue bekannte konstruktive Maßnahmen, wie beispielsweise Ventilabschaltung oder ge richtete Zusatzluft zur Steigerung der Einlaßturbulenz oder variable Ventilsteuerzeiten, gewährleisten die Lauf ruhe im Leerlauf auch bei magerem Gemisch.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 solved. Through this invention Measures is achieved at idle that is constant Idle speed with lean mixture, d. H. with air over shot, is kept constant. New known constructive Measures such as valve shutdown or ge directed additional air to increase inlet turbulence or variable valve timing, ensure the run rest at idle even with a lean mixture.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Luftüberschusses wäh rend der Leerlaufdrehzahlregelung ist nicht nur die Redu zierung des Kraftstoffverbrauches sondern auch die Be schleunigung der Regelung. Die Regelung der Leerlaufdreh zahl über den Öffnungsgrad des Luftzufuhr-Stellers ist durch die träge Masse der Luft langsamer als die Regelung über die Kraftstoff-Einspritzmenge. Durch den ständigen Luftüberschuß ist demnach in einem ersten Schritt immer die schnellere Regelung durch die Kraftstoff-Einspritz menge möglich.The advantage of the excess air according to the invention rend the idle speed control is not only the Redu decoration of fuel consumption but also the loading acceleration of the regulation. The regulation of idle rotation number is based on the degree of opening of the air supply actuator due to the inert mass of the air slower than the regulation about the fuel injection quantity. Through the constant Air surplus is therefore always the first step the faster regulation by the fuel injection quantity possible.

Der erfindungsgemäße Luftüberschuß im Leerlauf ist aber auch für die Abgaszusammensetzung vorteilhaft. Durch den Luftüberschuß im Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei der Verbrennung liegt im Abgas ein Sauerstoff-Überschuß vor, der im Katalysator zum besseren Abbau der Kohlenmonoxide (CO) und der Kohlenwasserstoffe (HC) beiträgt. Der Sauer stoff-Überschuß ist jedoch auch wegen der Bildung der Stickoxide im Zusammenhang mit dem Stickstoffmonoxid (NO) im Leerlauf nicht nachteilhaft, da Stickstoffmonoxide (NO) im Leerlauf nahezu nicht produziert werden.However, the excess air according to the invention is at idle also advantageous for the exhaust gas composition. By the Excess air in the air-fuel ratio at Combustion there is an excess of oxygen in the exhaust gas, that in the catalytic converter for better decomposition of carbon monoxides (CO) and the hydrocarbons (HC) contributes. The sour However, excess material is also due to the formation of Nitrogen oxides in connection with nitrogen monoxide (NO) not disadvantageous when idling, because nitrogen monoxide (NO) are almost not produced at idle.

Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.The subclaims contain advantageous developments the invention.

Bei der Leerlaufdrehzahlregelung werden zwei Fälle unter schieden:There are two cases of idling speed control divorced:

Erster Fall: Die Ist-Brennkraftmaschinendrehzahl ist größer als die Soll-Leerlaufdrehzahl, d. h. die Leistung der Brennkraftmaschine muß durch Reduzieren der Kraft stoff-Einspritzmenge oder des Öffnungsgrades des Luftzu fuhr-Stellers reduziert werden. Erfindungsgemäß wird im ersten Fall der Öffnungsgrad des Luftzufuhrstellers redu ziert, wenn die Luftzahl größer als eine vorgegebene obere Grenz-Luftzahl ist, d. h. wenn ausreichender Luft überschuß vorhanden ist. Die Kraftstoff-Einspritzmenge wird reduziert, wenn die Luftzahl kleiner als die vorge gebene obere Grenz-Luftzahl ist, d. h. ein weiterer Luft überschuß noch zulässig ist.First case: The actual engine speed is greater than the target idle speed, i. H. the performance the internal combustion engine must reduce the force substance injection quantity or the degree of opening of the air supply drove-adjuster can be reduced. According to the invention first case, the degree of opening of the air supply actuator redu adorns when the air ratio is greater than a predetermined one upper limit air number is d. H. if there is sufficient air over is available. The fuel injection quantity is reduced if the air ratio is less than the pre given upper limit air number, d. H. another air excess is still permissible.

Zweiter Fall: Die Ist-Brennkraftmaschinendrehzahl ist kleiner als die Soll-Leerlaufdrehzahl, d. h. die Leistung der Brennkraftmaschine muß durch Erhöhung des Öffnungs grades des Luftzufuhr-Stellers oder durch Erhöhung der Kraftstoff-Einspritzmenge angehoben werden. Dabei wird der Öffnungsgrad des Luftzufuhr-Stellers erhöht, wenn die Luftzahl kleiner als eine vorgegebene untere Grenz-Luft zahl ist, d. h. wenn nicht ausreichender Luftüberschuß vorhanden ist. Die Kraftstoff-Einspritzmenge wird erhöht, wenn die Luftzahl größer als die vorgegebene untere Grenz-Luftzahl ist, d. h. wenn ausreichender Luftüber schuß vorhanden ist. Second case: The actual engine speed is less than the target idle speed, d. H. the performance the internal combustion engine by increasing the opening degree of the air supply actuator or by increasing the Fuel injection quantity can be increased. Doing so the degree of opening of the air supply adjuster increases when the Air ratio less than a specified lower limit air number is d. H. if not enough excess air is available. The fuel injection quantity is increased if the air ratio is greater than the specified lower one Limit air number is d. H. if there is sufficient air shot is available.

Mit den vorteilhaften Weiterbildungen nach den Unteran sprüchen wird immer eine schnellstmögliche Leerlaufdreh zahlregelung erreicht.With the advantageous further training according to the Unteran will always say the fastest possible idle rotation payment scheme reached.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin dung dargestellt. Sie zeigt eine erfindungsgemäße Vor richtung mit einem Steuergerät, das sowohl zur Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses als auch zur Regelung der Leerlaufdrehzahl ein Kraftstoff-Einspritzventil und einen Luftzufuhr-Steller ansteuert.In the drawing is an embodiment of the Erfin shown. It shows a front according to the invention direction with a control unit, both for regulation the air-fuel ratio as well as for regulation the idle speed a fuel injector and controls an air supply actuator.

Ein Steuergerät SG enthält eine Speichereinheit SE und eine Ansteuereinheit AE. In der Speichereinheit SE ist eine im Leerlauf konstant einzuhaltende Soll-Leerlauf drehzahl n_LL, eine vorgegebene obere Grenz-Luftzahl Lamb da_max und eine vorgegebene untere Grenz-Luftzahl Lambda_min abgespeichert. Das Steuergerät SG enthält als Eingangssignale die Brennkraftmaschinendrehzahl n, die Luftzahl Lambda und ein Leerlauferkennungssignal S_LL, der von einem Leerlauferkennungs-Sensor, beispielsweise in Form eines Schalters, geliefert wird. Die Luftzahl Lambda ist beispielsweise durch das Sensorsignal eines Lambda Sensors meßbar, es kann jedoch auch anstelle des Lambda Signals beispielsweise ein Signal des Luftmengenmessers verwendet werden, womit in Verbindung mit anderen Be triebsgrößen die Luftzahl Lambda berechnet werden kann.A control unit SG contains a storage unit SE and a control unit AE. A set idle speed n _LL to be kept constant during idling, a predetermined upper limit air ratio Lamb da _max and a predetermined lower limit air ratio Lambda _{min are} stored in the memory unit SE. The control unit SG contains, as input signals, the engine speed n, the air ratio lambda and an idling detection signal S _LL , which is supplied by an idling detection sensor, for example in the form of a switch. The air ratio lambda can be measured, for example, by the sensor signal of a lambda sensor, but it is also possible, for example, to use a signal from the air flow meter instead of the lambda signal, so that the air ratio lambda can be calculated in conjunction with other operating variables.

Die Ansteuereinheit AE des Steuergerätes SG ist über Steuerleitungen mit einem Luftzufuhr-Steller LS und einem Kraftstoff-Einspritzventil ES verbunden. Die Kraftstoff- Einspritzmenge wird durch die Kraftstoff-Einspritzzeit t_i bestimmt, mit der das Einspritzventil ES angesteuert wird. Der Öffnungsgrad w_LS des Luftzufuhr-Stellers LS kann beispielsweise durch einen Winkel einer drehbaren Drosselklappe oder einen Verstellweg eines Schiebers in einem Drosselklappen-Bypass vorgegeben sein. The control unit AE of the control unit SG is connected via control lines to an air supply actuator LS and a fuel injection valve ES. The fuel injection quantity is determined by the fuel injection time t _i with which the injection valve ES is controlled. The degree of opening w _{LS of} the air supply actuator LS can be predetermined, for example, by an angle of a rotatable throttle valve or an adjustment path of a slide in a throttle valve bypass.

Das Leerlauferkennungssignal S_LL ist vorzugsweise das Schaltersignal eines Drosselklappenschalters, der in der Leerlauf-Endstellung geschlossen wird. Das Leerlauferken nungssignal S_LL bzw. das Schaltersignal S_LL entspricht im geschlossenen Zustand, d. h. im Leerlauf, einer logischen 1.The idle detection signal S _LL is preferably the switch signal of a throttle valve switch which is closed in the idle end position. The Leerlauferken voltage signal S _LL or the switch signal S _LL corresponds to the closed state, that is idle, a logic. 1

Erkennt die Ansteuereinheit AE, daß ein Leerlauf vor liegt, d. h. S_LL = 1, wird der Öffnungsgrad w_LS des Luft zufuhr-Stellers LS sofort erhöht, um die Luftzahl Lambda auf einen Wert größer als 1 zu bringen. Liegt somit Luft überschuß vor, wird die Ist-Brennkraftmaschinendrehzahl n ausgewertet, indem sie mit der Soll-Leerlaufdrehzahl n_LL, die während des Leerlaufs konstant zu halten ist, vergli chen wird.If the control unit AE recognizes that there is idling, ie S _LL = 1, the opening degree w _{LS of} the air supply actuator LS is immediately increased in order to bring the air ratio lambda to a value greater than 1. If there is excess air, the actual engine speed n is evaluated by comparing it with the target idling speed n _LL , which is to be kept constant during idling.

Ist die Brennkraftmaschinendrehzahl n größer als die Soll-Leerlaufdrehzahl n_LL, wird der Öffnungsgrad w_LS des Luftzufuhr-Stellers LS reduziert, wenn die Luftzahl Lambda größer als die vorgegebene obere Grenz-Luftzahl Lambda_max ist, oder die Kraftstoff-Einspritzmenge t_i re duziert, wenn die Luftzahl Lambda kleiner als die vorge gebene obere Grenz-Luftzahl Lambda_max ist.If the engine speed n is greater than the target idling speed n _LL , the opening degree w _{LS of} the air supply actuator LS is reduced if the air ratio lambda is greater than the predetermined upper limit air ratio lambda _max or the fuel injection quantity t _{i is} reduced , if the air ratio lambda is less than the specified upper limit air ratio lambda _max .

Ist die Ist-Brennkraftmaschinendrehzahl n kleiner als die Soll-Leerlaufdrehzahl n_LL wird der Öffnungsgrad w_LS des Luftzufuhr-Stellers LS erhöht, wenn die Luftzahl Lambda kleiner als die vorgegebene untere Grenz-Luftzahl Lambda_min ist, oder die Kraftstoff-Einspritzmenge t_i er höht, wenn die Luftzahl Lambda größer als die vorgegebene untere Grenz-Luftzahl Lambda_min ist.If the actual engine speed n is less than the target idling speed n _LL , the opening degree w _{LS of} the air supply actuator LS is increased if the air ratio lambda is less than the predetermined lower limit air ratio lambda _min , or the fuel injection quantity t _i er increases if the air ratio lambda is greater than the specified lower limit air ratio lambda _min .

Vorzugsweise wird bei einem Regeleingriff, insbesondere durch den Öffnungsgrad w_LS des Luftzufuhr-Stellers, im wesentlichen ein Lambda-Mittelwert zwischen Lambda_min und Lambda_max angestrebt, um die Häufigkeit der Regelein griffe zu minimieren. In the case of a control intervention, in particular through the degree of opening w _{LS of} the air supply actuator, essentially an average lambda value between lambda _min and lambda _{max is} sought in order to minimize the frequency of the control interventions.

Mit dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung ist während der Leerlaufdrehzahlregelung zur Minimierung des Kraftstoff verbrauchs, zur Optimierung der Abgaswerte und zur Erhö hung der Regelgeschwindigkeit dauerhaft ein maximal zu lässiger Luftüberschuß vorgegeben.With this device according to the invention is during the Idle speed control to minimize fuel consumption, to optimize exhaust gas values and to increase The control speed is permanently increased to a maximum casual excess air specified.

Claims

1. Device for controlling the air-fuel ratio at idle of an internal combustion engine with a control unit, which is connected to an idle speed sensor, an internal combustion engine speed sensor, an air supply actuator and a fuel injector, and that determines the fuel injection quantity as a function of the air ratio, characterized in that the control unit (SG) determines the engine speed (n) both by the fuel injection quantity (t _i ) and by the degree of opening (w _LS ) of the air supply actuator ( LS) controls to a target idling speed (n _LL ) and thereby controls the degree of opening (w _LS ) of the air supply actuator (LS) in such a way that the air ratio (lambda) assumes a value greater than one.

2. Device according to claim 1, characterized in that the control unit (SG) at a larger actual engine speed (n) than the target idle speed (n _LL ) reduces the fuel injection quantity (t _i ) when the air ratio (lambda ) is less than a predetermined upper limit air ratio (lambda _max ).

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the control device (SG) at a larger actual engine speed (n) than the target idle speed (n _LL ) reduces the degree of opening (w _LS ) of the air supply actuator (LS) , if the air ratio (lambda) is greater than a predetermined upper limit air ratio (lambda _max ).

4. Device according to one of the claims 1 to 3, characterized in that the control unit (SG) at a smaller actual internal combustion engine speed (n) than the target idle speed (n _LL ) increases the fuel injection quantity (t _i ) when the air ratio (lambda) is greater than a predetermined lower limit air ratio (lambda _min ).

5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the control unit (SG) at a smaller actual internal combustion engine speed (n) than the target idle speed (n _LL ), the degree of opening (w _LS ) of the air supply actuator ( LS) increases if the air ratio (lambda) is less than a predetermined lower limit air ratio (lambda _min ).